多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件

第6章多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)6.1多址技術(shù)6.2擴(kuò)頻通信技術(shù)6.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.4擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步6.5其他類型的擴(kuò)頻信號(hào)第6章多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)6.1多址技術(shù)16.1多址技術(shù)一般來說，使多個(gè)用戶信號(hào)共用同一個(gè)信道進(jìn)行傳輸?shù)亩嘀芳夹g(shù)主要有三種。最簡(jiǎn)單的方法是把可用信道帶寬劃分為許多個(gè)（如K個(gè)）頻率互不重疊的子信道，如圖6-1-2(a)所示，并按用戶請(qǐng)求把子信道分配給每個(gè)用戶，即給每個(gè)用戶分配不同地址。這就是頻分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess／Address），簡(jiǎn)稱FDMA。FDMA主要用于模擬載波通信、微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，如北美800MHz的AMPS體制。6.1多址技術(shù)一般來說，使多個(gè)用戶信號(hào)共用同一個(gè)信道進(jìn)行傳2多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件36.2擴(kuò)頻通信技術(shù)擴(kuò)頻通信最早始于軍事通信，直到80年代末，在美國(guó)開始了采用擴(kuò)頻通信機(jī)制的商用通信使用。擴(kuò)頻通信由于其在抗干擾、保密性和增加系統(tǒng)容量方面都有突出優(yōu)點(diǎn)，迅速地在民用通信領(lǐng)域普及開來，第三代移動(dòng)通信3G就是以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的。擴(kuò)頻是一種數(shù)字信息的調(diào)制傳輸方式，通過一個(gè)獨(dú)立的碼序列來完成，其信號(hào)所占帶寬遠(yuǎn)大于傳輸信息所必需的最小帶寬；在接收端則用相同的碼序列進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)，最后恢復(fù)所傳的信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)就是在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制、接收端再解擴(kuò)頻后恢復(fù)原始信號(hào)的傳輸系統(tǒng)。擴(kuò)頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信和雷達(dá)及導(dǎo)航領(lǐng)域中，常用的商用擴(kuò)展頻譜技術(shù)主要有直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和跳頻技術(shù)。6.2擴(kuò)頻通信技術(shù)擴(kuò)頻通信最早始于軍事通信，直到80年代46.2.1擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的模型6.2.1擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的模型5與常規(guī)通信系統(tǒng)相比，擴(kuò)頻調(diào)制在收、發(fā)兩端分別多進(jìn)行了一次擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)頻，使得信道中傳輸?shù)男盘?hào)成為帶寬遠(yuǎn)大于其原始信號(hào)帶寬的寬帶低密度信號(hào)。這一處理導(dǎo)致擴(kuò)頻信號(hào)具有如下特點(diǎn)：·易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可與各種窄帶通信共享同一頻率資源，提高了頻譜利用率?！た垢蓴_性強(qiáng)，尤其是抗窄帶干擾和多徑干擾力強(qiáng)，誤碼率低。擴(kuò)頻通信在空間傳輸時(shí)占有帶寬相對(duì)較寬，而接收端采用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)，使有用寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)；而非需要信號(hào)如噪聲等先被擴(kuò)展成寬帶信號(hào)，然后在接收端通過窄帶濾波提取有用的信號(hào)時(shí)被極大地抑制。·信息隱蔽、多址保密通信。與常規(guī)通信系統(tǒng)相比，擴(kuò)頻調(diào)制在收、發(fā)兩端分別多進(jìn)行了一次擴(kuò)頻6根據(jù)擴(kuò)頻信號(hào)的分類，數(shù)字?jǐn)U頻通信系統(tǒng)相應(yīng)可以分為以下幾種：（1）直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DS－SS）：由待傳信息信號(hào)與高速率的偽隨機(jī)序列PN碼相乘后，直接控制射頻信號(hào)的某個(gè)參量；（2）跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)（FH－SS）：由數(shù)字信息與二進(jìn)制PN序列模二相加后，離散地控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使發(fā)射信號(hào)的頻率隨PN碼的變化而跳變；（3）跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)（TH－SS）：用PN序列控制信號(hào)的發(fā)射時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，使發(fā)射信號(hào)的有無同偽隨機(jī)序列碼變換規(guī)律一致；（4）混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)：將以上三種基本擴(kuò)頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來構(gòu)成，具有更為優(yōu)良的性能，但系統(tǒng)更復(fù)雜。根據(jù)擴(kuò)頻信號(hào)的分類，數(shù)字?jǐn)U頻通信系統(tǒng)相應(yīng)可以分為以下幾種：76.2直接序列擴(kuò)頻通信一.直接序列擴(kuò)頻調(diào)制的基本原理6.2.2直接序列擴(kuò)頻通信一.直接序列擴(kuò)頻調(diào)制的基本原理6.2直接序列擴(kuò)頻通信6.2.2直接序列擴(kuò)頻通信8理想擴(kuò)頻系統(tǒng)波形理想擴(kuò)頻系統(tǒng)波形9二、碼分多址/直接序列擴(kuò)頻（DS—CDMA）系統(tǒng)DS－CDMA系統(tǒng)直接將數(shù)字信號(hào)與高速擴(kuò)頻PN序列在發(fā)送端相乘后，調(diào)制到高頻載波上進(jìn)行發(fā)射。由于PN碼的速率遠(yuǎn)大于信碼速率，故該P(yáng)SK信號(hào)頻譜被極大地展寬。在接收端，則用與發(fā)送端碼型相同、嚴(yán)格同頻同相的本地PN碼和本地載波信號(hào)與收到的信號(hào)混頻和解擴(kuò)，得到僅受信碼調(diào)制的窄帶中頻信號(hào)，再對(duì)它進(jìn)行中頻放大和濾波，然后經(jīng)數(shù)字解調(diào)即可恢復(fù)原信碼。二、碼分多址/直接序列擴(kuò)頻（DS—CDMA）系統(tǒng)10三．DS—CDMA的組成

發(fā)送端：信源編碼器、載波信號(hào)發(fā)生器、PN碼序列發(fā)生器、功率放大器、擴(kuò)頻調(diào)制器、低噪聲放大器接收端：同步跟蹤電路、本地載波信號(hào)發(fā)生器、本地碼序列發(fā)生器、擴(kuò)頻解調(diào)器、數(shù)據(jù)信息解調(diào)器多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件116.2.3

PN序列的生成一．PN序列碼基本特性二．m序列6.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.3.1跳頻信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)一．跳頻的基本原理6.2.3PN序列的生成126.2.3脈沖干擾對(duì)DS擴(kuò)頻系統(tǒng)的影響6.2.3脈沖干擾對(duì)DS擴(kuò)頻系統(tǒng)的影響136.2.4PN序列的生成選用的地址碼應(yīng)該具有如下幾條特性：·必須具有足夠多的地址碼碼組序列，以實(shí)現(xiàn)碼分多址的要求；·各地址碼序列應(yīng)該有尖銳的自相關(guān)特性，碼組間彼此獨(dú)立即互相關(guān)函數(shù)值為零或很??；·不同的碼元數(shù)應(yīng)平衡相等?！すこ躺弦子诋a(chǎn)生、加工、復(fù)制和控制。實(shí)際生產(chǎn)中采用的PN碼序列主要是m序列、Gold序列和Walsh碼，他們都不能嚴(yán)格滿足上述要求，要么自相關(guān)性好但互相關(guān)值達(dá)不到為0（如m序列、Gold序列），要么互相關(guān)性好但自相關(guān)性卻較差（如Walsh碼）。6.2.4PN序列的生成選用的地址碼應(yīng)該具有如下幾條特性14二．m序列m序列也稱最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列，這是一種簡(jiǎn)單而又容易實(shí)現(xiàn)的周期性序列。圖中小方格表示1、2、…N個(gè)觸發(fā)器，每個(gè)乘法器的相乘系數(shù)都為二值序列0或1，產(chǎn)生m序列的周期長(zhǎng)度由各乘法器相乘系數(shù)的不同0、1組合決定，產(chǎn)生的m序列的周期最長(zhǎng)為2N－1。

二．m序列15由于m序列的周期長(zhǎng)度T=2N－1對(duì)其相關(guān)特性起著決定性的作用，從系統(tǒng)容量的角度出發(fā)，應(yīng)使得m序列的長(zhǎng)度盡可能長(zhǎng)，可以供給更多的用戶使用，這樣系統(tǒng)的容量就更大；而且，序列越長(zhǎng)，對(duì)信號(hào)的頻譜擴(kuò)展程度越大，擴(kuò)頻后信號(hào)的頻譜密度就越小，系統(tǒng)增益和保密性都將越高。但是，從系統(tǒng)收發(fā)同步、系統(tǒng)電路的復(fù)雜性及可實(shí)現(xiàn)性的角度考慮，則m序列又不能太長(zhǎng)。故m序列的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做綜合考慮每種級(jí)數(shù)m序列生成電路都有相應(yīng)的最長(zhǎng)周期輸出序列邏輯連接關(guān)系，這可以在任何一個(gè)工程表中查到。對(duì)于m=4，其對(duì)應(yīng)的最長(zhǎng)周期（24－1＝15）序列邏輯關(guān)系查表為（23）8，換用二進(jìn)制即（010011）2，也就是說該4級(jí)m序列輸出最長(zhǎng)周期（15）序列時(shí)的電路邏輯關(guān)系為F=1+x+x4。由于m序列的周期長(zhǎng)度T=2N－1對(duì)其相關(guān)特性起著決定性的作用16多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件17三．Gold序列信號(hào)的產(chǎn)生Walsh正交碼生成容易且應(yīng)用方便，但自相關(guān)旁瓣大且分布不均，自相關(guān)特性不理想，必須經(jīng)過一定處理才能用于擴(kuò)頻通信。正交Gold序列和Walsh碼的正交性能相近，但自相關(guān)特性卻遠(yuǎn)勝Walsh碼，便于擴(kuò)頻通信過程中的同步捕捉和跟蹤穩(wěn)定。m序列生成Gold碼的方法有串聯(lián)型和并聯(lián)型，但實(shí)用中更多地采用并聯(lián)型電路方式。實(shí)際電路中，由于各分離器件的時(shí)延不同，當(dāng)m序列要求級(jí)數(shù)較多時(shí)，基本上不太可能生成輸出要求的最長(zhǎng)m序列信號(hào)，一般都采用可編程集成器件來實(shí)現(xiàn)完成。三．Gold序列信號(hào)的產(chǎn)生Walsh正交碼生成容易且應(yīng)用方便18多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件196.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.3.1跳頻信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)一．跳頻的基本原理跳頻調(diào)制方式中，其發(fā)射信號(hào)的載波頻率隨著擴(kuò)頻碼的變化而發(fā)生周期性的跳變，故稱之頻率跳變擴(kuò)頻調(diào)制，簡(jiǎn)稱FH。它的載頻由PN序列構(gòu)成的跳頻指令來控制頻率合成器，在多個(gè)頻率中進(jìn)行選擇實(shí)現(xiàn)的一種頻移鍵控方式。也就是說，在同一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，F(xiàn)H信號(hào)的頻率不會(huì)變化，但在下一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)卻可能跳變到了另一個(gè)許可的頻率上，其跳變模式由偽隨機(jī)PN序列碼決定，即由所傳信息碼與PN序列模二加（波形相乘）的組合來構(gòu)成跳頻圖案由它來隨機(jī)選擇發(fā)送頻率。所以，常常把跳頻過程歸納為“多頻、選碼、頻移鍵控”。一般稱載波可用的所有頻率的集合為跳頻集。6.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.3.1跳頻信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)20和前面的直接序列擴(kuò)頻相比，F(xiàn)H信號(hào)和DS信號(hào)在時(shí)間和頻率的占用方式上截然不同，可用下面的圖6－3－1表示。明顯的，采用FH方式的系統(tǒng)在傳輸時(shí)僅占用整個(gè)系統(tǒng)頻段的一小部份，而DS系統(tǒng)則隨時(shí)占用整個(gè)系統(tǒng)頻段。因此，兩個(gè)平均功率相同的直擴(kuò)系統(tǒng)和跳頻系統(tǒng)在同一時(shí)刻某一確定頻段上的功率可能各不相同。和前面的直接序列擴(kuò)頻相比，F(xiàn)H信號(hào)和DS信號(hào)在時(shí)間和頻率的占21跳頻是載波頻率在一定范圍內(nèi)不斷跳變意義上擴(kuò)頻，而不是對(duì)被傳送信息進(jìn)行擴(kuò)譜，不會(huì)得到直序擴(kuò)頻的處理增益。跳頻相當(dāng)于瞬時(shí)的窄帶通信系統(tǒng)，基本等同于常規(guī)通信系統(tǒng)。因此不能抗多徑干擾，同時(shí)發(fā)射效率低，同樣發(fā)射功率的跳頻系統(tǒng)在有效傳輸距離上小于直擴(kuò)系統(tǒng)。但是跳頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗頻率干擾能力，一般固定頻率的干擾只會(huì)干擾它的一部分頻點(diǎn)。跳頻系統(tǒng)跳速的高低直接反映其性能，跳速越高系統(tǒng)抗干擾性越好，軍用跳頻系統(tǒng)一般達(dá)到每秒上萬跳。實(shí)際上，移動(dòng)通信GSM系統(tǒng)也是跳頻系統(tǒng)，其規(guī)定的跳速為每秒217跳。出于成本的考慮，商用跳頻系統(tǒng)跳速都很慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳頻系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，因此低速無線局域網(wǎng)產(chǎn)品常常采用這種技術(shù)。跳頻是載波頻率在一定范圍內(nèi)不斷跳變意義上擴(kuò)頻，而不是對(duì)被傳送226.4擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步直擴(kuò)系統(tǒng)解擴(kuò)時(shí)，只有在完成偽隨機(jī)碼PN碼的同步后，才能用同一碼序列對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。接收機(jī)本地PN碼的速率和相位要與接收到的高速擴(kuò)頻序列保持一致，也即當(dāng)發(fā)射和接收端的PN碼之間相位差達(dá)到一個(gè)Chip碼片時(shí)，它們之間的相關(guān)性就不存在了。因此，解擴(kuò)的第一步就是要在接收信號(hào)中捕獲到與本地PN碼一致的相位狀態(tài)，這一過程常稱為同步捕捉。擴(kuò)頻序列中的同步捕捉一般采用匹配濾波器或相位搜索電路實(shí)現(xiàn)，接收機(jī)在搜索同步過程中，通過改變本地PN碼的時(shí)鐘速率，使接收信號(hào)中的PN碼相位和本地PN碼相位在相關(guān)器內(nèi)相對(duì)滑動(dòng)?；瑒?dòng)過程中，當(dāng)相關(guān)器相關(guān)輸出峰值超過捕獲門限即閾值后，就認(rèn)定完成同步捕獲。此時(shí)收發(fā)雙方的PN碼相位誤差就小于一個(gè)chip碼寬（Tc）了。完成捕捉后，同步過程轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，它的目的是使雙方PN碼的相位差進(jìn)一步縮小，彼此的相關(guān)性進(jìn)一步增大，使解擴(kuò)頻獲得高的增益，滿足后續(xù)解調(diào)門限要求。6.4擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步直擴(kuò)系統(tǒng)解擴(kuò)時(shí)，只有在完成偽隨機(jī)碼PN236.4.1同步建立或捕捉在DS擴(kuò)頻系統(tǒng)中，PN碼必須在碼元間隔為TC1/W的一個(gè)小范圍內(nèi)達(dá)到同步，初始同步其實(shí)就是使接收機(jī)時(shí)鐘與發(fā)送機(jī)時(shí)鐘在時(shí)間上達(dá)到同步的過程。擴(kuò)頻系統(tǒng)中使用的時(shí)鐘通常精度和穩(wěn)定度極高，可使收、發(fā)系統(tǒng)之間的時(shí)間不確定性降低。然而，由于發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間的距離不可能完全確定，所以總是存在初始定時(shí)不確定的情況。為建立初始同步，一般由發(fā)送機(jī)發(fā)送一個(gè)已知的偽隨機(jī)數(shù)據(jù)序列，接收機(jī)則通過一種連續(xù)搜索的模式搜尋該序列，建立起初始同步。6.4.1同步建立或捕捉24多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件25多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件266.4.2同步跟蹤一旦信號(hào)被捕捉到，則初始搜索捕獲過程立即停止，轉(zhuǎn)而開始精確的同步跟蹤過程。跟蹤用來維持接收機(jī)中PN碼發(fā)生器與接收信號(hào)的同步，包括精確的碼片和相干解調(diào)中的載波相位跟蹤6.4.2同步跟蹤276.5其他類型的擴(kuò)頻信號(hào)6.5.1跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào)6.5其他類型的擴(kuò)頻信號(hào)28第6章多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)6.1多址技術(shù)6.2擴(kuò)頻通信技術(shù)6.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.4擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步6.5其他類型的擴(kuò)頻信號(hào)第6章多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)6.1多址技術(shù)296.1多址技術(shù)一般來說，使多個(gè)用戶信號(hào)共用同一個(gè)信道進(jìn)行傳輸?shù)亩嘀芳夹g(shù)主要有三種。最簡(jiǎn)單的方法是把可用信道帶寬劃分為許多個(gè)（如K個(gè)）頻率互不重疊的子信道，如圖6-1-2(a)所示，并按用戶請(qǐng)求把子信道分配給每個(gè)用戶，即給每個(gè)用戶分配不同地址。這就是頻分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess／Address），簡(jiǎn)稱FDMA。FDMA主要用于模擬載波通信、微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，如北美800MHz的AMPS體制。6.1多址技術(shù)一般來說，使多個(gè)用戶信號(hào)共用同一個(gè)信道進(jìn)行傳30多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件316.2擴(kuò)頻通信技術(shù)擴(kuò)頻通信最早始于軍事通信，直到80年代末，在美國(guó)開始了采用擴(kuò)頻通信機(jī)制的商用通信使用。擴(kuò)頻通信由于其在抗干擾、保密性和增加系統(tǒng)容量方面都有突出優(yōu)點(diǎn)，迅速地在民用通信領(lǐng)域普及開來，第三代移動(dòng)通信3G就是以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的。擴(kuò)頻是一種數(shù)字信息的調(diào)制傳輸方式，通過一個(gè)獨(dú)立的碼序列來完成，其信號(hào)所占帶寬遠(yuǎn)大于傳輸信息所必需的最小帶寬；在接收端則用相同的碼序列進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)，最后恢復(fù)所傳的信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)就是在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制、接收端再解擴(kuò)頻后恢復(fù)原始信號(hào)的傳輸系統(tǒng)。擴(kuò)頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信和雷達(dá)及導(dǎo)航領(lǐng)域中，常用的商用擴(kuò)展頻譜技術(shù)主要有直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和跳頻技術(shù)。6.2擴(kuò)頻通信技術(shù)擴(kuò)頻通信最早始于軍事通信，直到80年代326.2.1擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的模型6.2.1擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的模型33與常規(guī)通信系統(tǒng)相比，擴(kuò)頻調(diào)制在收、發(fā)兩端分別多進(jìn)行了一次擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)頻，使得信道中傳輸?shù)男盘?hào)成為帶寬遠(yuǎn)大于其原始信號(hào)帶寬的寬帶低密度信號(hào)。這一處理導(dǎo)致擴(kuò)頻信號(hào)具有如下特點(diǎn)：·易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可與各種窄帶通信共享同一頻率資源，提高了頻譜利用率?！た垢蓴_性強(qiáng)，尤其是抗窄帶干擾和多徑干擾力強(qiáng)，誤碼率低。擴(kuò)頻通信在空間傳輸時(shí)占有帶寬相對(duì)較寬，而接收端采用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)，使有用寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)；而非需要信號(hào)如噪聲等先被擴(kuò)展成寬帶信號(hào)，然后在接收端通過窄帶濾波提取有用的信號(hào)時(shí)被極大地抑制。·信息隱蔽、多址保密通信。與常規(guī)通信系統(tǒng)相比，擴(kuò)頻調(diào)制在收、發(fā)兩端分別多進(jìn)行了一次擴(kuò)頻34根據(jù)擴(kuò)頻信號(hào)的分類，數(shù)字?jǐn)U頻通信系統(tǒng)相應(yīng)可以分為以下幾種：（1）直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DS－SS）：由待傳信息信號(hào)與高速率的偽隨機(jī)序列PN碼相乘后，直接控制射頻信號(hào)的某個(gè)參量；（2）跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)（FH－SS）：由數(shù)字信息與二進(jìn)制PN序列模二相加后，離散地控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使發(fā)射信號(hào)的頻率隨PN碼的變化而跳變；（3）跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)（TH－SS）：用PN序列控制信號(hào)的發(fā)射時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，使發(fā)射信號(hào)的有無同偽隨機(jī)序列碼變換規(guī)律一致；（4）混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)：將以上三種基本擴(kuò)頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來構(gòu)成，具有更為優(yōu)良的性能，但系統(tǒng)更復(fù)雜。根據(jù)擴(kuò)頻信號(hào)的分類，數(shù)字?jǐn)U頻通信系統(tǒng)相應(yīng)可以分為以下幾種：356.2直接序列擴(kuò)頻通信一.直接序列擴(kuò)頻調(diào)制的基本原理6.2.2直接序列擴(kuò)頻通信一.直接序列擴(kuò)頻調(diào)制的基本原理6.2直接序列擴(kuò)頻通信6.2.2直接序列擴(kuò)頻通信36理想擴(kuò)頻系統(tǒng)波形理想擴(kuò)頻系統(tǒng)波形37二、碼分多址/直接序列擴(kuò)頻（DS—CDMA）系統(tǒng)DS－CDMA系統(tǒng)直接將數(shù)字信號(hào)與高速擴(kuò)頻PN序列在發(fā)送端相乘后，調(diào)制到高頻載波上進(jìn)行發(fā)射。由于PN碼的速率遠(yuǎn)大于信碼速率，故該P(yáng)SK信號(hào)頻譜被極大地展寬。在接收端，則用與發(fā)送端碼型相同、嚴(yán)格同頻同相的本地PN碼和本地載波信號(hào)與收到的信號(hào)混頻和解擴(kuò)，得到僅受信碼調(diào)制的窄帶中頻信號(hào)，再對(duì)它進(jìn)行中頻放大和濾波，然后經(jīng)數(shù)字解調(diào)即可恢復(fù)原信碼。二、碼分多址/直接序列擴(kuò)頻（DS—CDMA）系統(tǒng)38三．DS—CDMA的組成

發(fā)送端：信源編碼器、載波信號(hào)發(fā)生器、PN碼序列發(fā)生器、功率放大器、擴(kuò)頻調(diào)制器、低噪聲放大器接收端：同步跟蹤電路、本地載波信號(hào)發(fā)生器、本地碼序列發(fā)生器、擴(kuò)頻解調(diào)器、數(shù)據(jù)信息解調(diào)器多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件396.2.3

PN序列的生成一．PN序列碼基本特性二．m序列6.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.3.1跳頻信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)一．跳頻的基本原理6.2.3PN序列的生成406.2.3脈沖干擾對(duì)DS擴(kuò)頻系統(tǒng)的影響6.2.3脈沖干擾對(duì)DS擴(kuò)頻系統(tǒng)的影響416.2.4PN序列的生成選用的地址碼應(yīng)該具有如下幾條特性：·必須具有足夠多的地址碼碼組序列，以實(shí)現(xiàn)碼分多址的要求；·各地址碼序列應(yīng)該有尖銳的自相關(guān)特性，碼組間彼此獨(dú)立即互相關(guān)函數(shù)值為零或很?。弧げ煌拇a元數(shù)應(yīng)平衡相等?！すこ躺弦子诋a(chǎn)生、加工、復(fù)制和控制。實(shí)際生產(chǎn)中采用的PN碼序列主要是m序列、Gold序列和Walsh碼，他們都不能嚴(yán)格滿足上述要求，要么自相關(guān)性好但互相關(guān)值達(dá)不到為0（如m序列、Gold序列），要么互相關(guān)性好但自相關(guān)性卻較差（如Walsh碼）。6.2.4PN序列的生成選用的地址碼應(yīng)該具有如下幾條特性42二．m序列m序列也稱最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列，這是一種簡(jiǎn)單而又容易實(shí)現(xiàn)的周期性序列。圖中小方格表示1、2、…N個(gè)觸發(fā)器，每個(gè)乘法器的相乘系數(shù)都為二值序列0或1，產(chǎn)生m序列的周期長(zhǎng)度由各乘法器相乘系數(shù)的不同0、1組合決定，產(chǎn)生的m序列的周期最長(zhǎng)為2N－1。

二．m序列43由于m序列的周期長(zhǎng)度T=2N－1對(duì)其相關(guān)特性起著決定性的作用，從系統(tǒng)容量的角度出發(fā)，應(yīng)使得m序列的長(zhǎng)度盡可能長(zhǎng)，可以供給更多的用戶使用，這樣系統(tǒng)的容量就更大；而且，序列越長(zhǎng)，對(duì)信號(hào)的頻譜擴(kuò)展程度越大，擴(kuò)頻后信號(hào)的頻譜密度就越小，系統(tǒng)增益和保密性都將越高。但是，從系統(tǒng)收發(fā)同步、系統(tǒng)電路的復(fù)雜性及可實(shí)現(xiàn)性的角度考慮，則m序列又不能太長(zhǎng)。故m序列的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做綜合考慮每種級(jí)數(shù)m序列生成電路都有相應(yīng)的最長(zhǎng)周期輸出序列邏輯連接關(guān)系，這可以在任何一個(gè)工程表中查到。對(duì)于m=4，其對(duì)應(yīng)的最長(zhǎng)周期（24－1＝15）序列邏輯關(guān)系查表為（23）8，換用二進(jìn)制即（010011）2，也就是說該4級(jí)m序列輸出最長(zhǎng)周期（15）序列時(shí)的電路邏輯關(guān)系為F=1+x+x4。由于m序列的周期長(zhǎng)度T=2N－1對(duì)其相關(guān)特性起著決定性的作用44多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件45三．Gold序列信號(hào)的產(chǎn)生Walsh正交碼生成容易且應(yīng)用方便，但自相關(guān)旁瓣大且分布不均，自相關(guān)特性不理想，必須經(jīng)過一定處理才能用于擴(kuò)頻通信。正交Gold序列和Walsh碼的正交性能相近，但自相關(guān)特性卻遠(yuǎn)勝Walsh碼，便于擴(kuò)頻通信過程中的同步捕捉和跟蹤穩(wěn)定。m序列生成Gold碼的方法有串聯(lián)型和并聯(lián)型，但實(shí)用中更多地采用并聯(lián)型電路方式。實(shí)際電路中，由于各分離器件的時(shí)延不同，當(dāng)m序列要求級(jí)數(shù)較多時(shí)，基本上不太可能生成輸出要求的最長(zhǎng)m序列信號(hào)，一般都采用可編程集成器件來實(shí)現(xiàn)完成。三．Gold序列信號(hào)的產(chǎn)生Walsh正交碼生成容易且應(yīng)用方便46多址技術(shù)與CDMA通信系統(tǒng)解析課件476.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.3.1跳頻信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)一．跳頻的基本原理跳頻調(diào)制方式中，其發(fā)射信號(hào)的載波頻率隨著擴(kuò)頻碼的變化而發(fā)生周期性的跳變，故稱之頻率跳變擴(kuò)頻調(diào)制，簡(jiǎn)稱FH。它的載頻由PN序列構(gòu)成的跳頻指令來控制頻率合成器，在多個(gè)頻率中進(jìn)行選擇實(shí)現(xiàn)的一種頻移鍵控方式。也就是說，在同一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，F(xiàn)H信號(hào)的頻率不會(huì)變化，但在下一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)卻可能跳變到了另一個(gè)許可的頻率上，其跳變模式由偽隨機(jī)PN序列碼決定，即由所傳信息碼與PN序列模二加（波形相乘）的組合來構(gòu)成跳頻圖案由它來隨機(jī)選擇發(fā)送頻率。所以，常常把跳頻過程歸納為“多頻、選碼、頻移鍵控”。一般稱載波可用的所有頻率的集合為跳頻集。6.3跳頻擴(kuò)頻信號(hào)6.3.1跳頻信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)48和前面的直接序列擴(kuò)頻相比，F(xiàn)H信號(hào)和DS信號(hào)在時(shí)間和頻率的占用方式上截然不同，可用下面的圖6－3－1表示。明顯的，采用FH方式的系統(tǒng)在傳輸時(shí)僅占用整個(gè)系統(tǒng)頻段的一小部份，而DS系統(tǒng)則隨時(shí)占用整個(gè)系統(tǒng)頻段。因此，兩個(gè)平均功率相同的直擴(kuò)系統(tǒng)和跳頻系統(tǒng)在同一時(shí)刻某一確定頻段上的功率可能各不相同。和前面的直接序列擴(kuò)頻相比，F(xiàn)H信號(hào)和DS信號(hào)在時(shí)間和頻率的占49跳頻是載波頻率在一定范圍內(nèi)不斷跳變意義上擴(kuò)頻，而不是對(duì)被傳送信息進(jìn)行擴(kuò)譜，不會(huì)得到直序擴(kuò)頻的處理增益。跳頻相當(dāng)于瞬時(shí)的窄帶通信系統(tǒng)，基本等同于常規(guī)通信系統(tǒng)。因此不能抗多徑干擾，同時(shí)發(fā)射效率低，同樣發(fā)射功率的跳頻系統(tǒng)在有效傳輸距離上小于直擴(kuò)系統(tǒng)。但是跳頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗頻率干擾能力，一般固定頻率的干擾只會(huì)干擾它的一部分頻點(diǎn)。跳頻系統(tǒng)跳速的高低直接反映其性能，跳速越高系統(tǒng)抗干擾性越好，軍用跳頻系統(tǒng)一般達(dá)到每秒上萬跳。實(shí)際上，移動(dòng)通信GSM系統(tǒng)也是跳頻系統(tǒng)，其規(guī)定的跳速為每秒217跳。出于成本